【物理】2023-2024学年鲁科版（2019）选择性必修第三册 玻尔原子模型 课件

第4节玻尔原子模型[学科素养与目标要求]物理观念：1.知道玻尔原子理论的基本假设的主要内容。2．了解能级、跃迁、能量量子化及基态、激发态等概念。3．能用玻尔原子理论简单解释氢原子光谱。科学思维：会计算原子跃迁时吸收或辐射光子的能量。必备知识自主学习关键能力合作探究课时作业巩固演练课堂检测素养达标一、玻尔原子模型1．轨道定态(1)当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是________的。(2)原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为______。量子化

定态

2．频率条件当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为En，m＞n)时，会辐射能量为hν的光子，该光子的能量hν＝________，该式称为频率条件。Em－En

二、氢原子的能级结构1．原子的能量值都是确定的，各个确定的能量值称为______。2．基态：在正常状态下，原子处于______能级，电子受核的作用力最大而处于离核______的轨道，这时原子的状态称为基态，氢原子基态能量E1＝－13.6eV。能级

最低

最近

低能级

高能级

三、解释氢原子光谱1．氢原子能级图(如图所示)2．解释巴耳末公式按照玻尔理论，从高能级跃迁到低能级时辐射的光子的能量为hν＝________。巴耳末公式中的正整数n和2正好代表能级跃迁之前和跃迁之后所处的定态轨道的量子数n和2。3．解释氢原子光谱的不连续性原子从高能级向低能级跃迁时辐射的光子的能量等于前后____________，由于原子的能级是_____的，所以辐射的光子的能量也是_____的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。Em－En

两个能级之差

分立

分立

四、玻尔理论的局限性1．成功之处玻尔理论冲破了经典物理中能量连续变化的束缚，解释了_________和____________的关系。2．局限性玻尔理论无法解释多电子原子的光谱(如氦原子光谱)。这是因为，该理论虽然引入了普朗克的____________，认为电子轨道和能量都是量子化的，但没有跳出___________的范围，认为电子是经典粒子，运动有确定的轨道。原子结构

氢原子光谱

量子化概念

经典力学

3．电子云电子在原子核周围各处出现的概率是不同的。为了形象地描述电子的运动情况，人们将这些概率用点的方式表现出来，若某一空间范围内电子出现的概率___，则这里的点就密集；若某一空间范围内电子出现的概率___，则这里的点就稀疏。这种用点的疏密表示电子出现的概率分布的图形，称为电子云。大

小

自主评价———————————————————1．判断下列说法的正误。(1)玻尔的原子结构假说认为电子的轨道是量子化的。(

)(2)电子吸收某种频率条件的光子时会从较低的能量态跃迁到较高的能量态。(

)(3)电子能吸收任意频率的光子发生跃迁。(

)(4)玻尔理论能很好地解释氢光谱为什么是一些分立的亮线。(

)(5)玻尔理论能成功地解释氢光谱。(

)√

√

×

√

√

2．如图为氢原子的能级图，则电子处在n＝4轨道上比处在n＝3轨道上离核的距离________(填“远”或“近”)。当大量氢原子处在n＝3的激发态时，由于跃迁所发射的谱线有________条。答案：远

3要点1对玻尔原子模型的理解[探究导入]

(1)按照经典理论，核外电子在库仑引力作用下绕原子核做圆周运动。我们知道，库仑引力和万有引力形式上有相似之处，电子绕原子核的运动与卫星绕地球的运动也一定有某些相似之处，那么若将卫星—地球模型缩小是否就可以变为电子—原子核模型呢？(2)氢原子吸收或辐射光子的频率条件是什么？它和氢原子核外的电子的跃迁有什么关系？提示：(1)不可以。在玻尔理论中，电子的轨道半径只可能是某些分立的数值，而卫星的轨道半径可按需要任意取值。(2)电子从能量较高的定态轨道(其能量记为Em)跃迁到能量较低的定态轨道(其能量记为En)时，会辐射能量为hν的光子(h是普朗克常量)，这个光子的能量由前后两个能级的能量差决定，即hν＝Em－En(m＞n)。这个式子称为频率条件，又称辐射条件。当电子从较低的能量态跃迁到较高的能量态，吸收的光子的能量同样由频率条件决定。1．轨道量子化(1)轨道半径只能是不连续的、某些分立的数值。(2)氢原子中电子轨道的最小半径为r1＝0.053nm，其余轨道半径满足rn＝n2r1，式中n称为量子数，对应不同的轨道，只能取正整数。2．能量量子化(1)电子在可能轨道上运动时，尽管是变速运动，但它并不释放能量，原子是稳定的，这样的状态称为定态。(2)由于原子的可能状态(定态)是不连续的，具有的能量也是不连续的。这样的能量值，称为能级，能量最低的状态称为基态，其他的状态称为激发态。[典例1]

(多选)按照玻尔原子理论，下列表述正确的是(

)A．核外电子运动轨道半径可取任意值B．氢原子中的电子离原子核越远，氢原子的能量越大C．电子跃迁时，辐射或吸收光子的能量由能级的能量差决定，即hν＝Em－En(m>n)D．氢原子从激发态向基态跃迁的过程，可能辐射能量，也可能吸收能量[解析]

根据玻尔理论，核外电子运动的轨道半径是确定的值，而不是任意值，A错误；氢原子中的电子离原子核越远，能级越高，能量越大，B正确；由跃迁规律可知C正确；氢原子从激发态向基态跃迁的过程中，应辐射能量，D错误。[答案]

BC[典例2]

氢原子的核外电子从距核较近的轨道跃迁到距核较远的轨道的过程中(

)A．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能增大B．原子要放出光子，电子的动能减小，原子的电势能减小C．原子要吸收光子，电子的动能增大，原子的电势能减小D．原子要吸收光子，电子的动能减小，原子的电势能增大[答案]

D(3)当电子的轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大，反之，电势能减小。(4)电子的轨道半径增大时，说明原子吸收了光子，从能量较低的轨道跃迁到了能量较高的轨道上。即电子轨道半径越大，原子的能量En越大。1．(多选)光子的发射和吸收过程是(

)A．原子从基态跃迁到激发态要放出光子，放出光子的能量等于原子在始、末两个能级的能量差B．原子不能从低能级向高能级跃迁C．原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级，放出光子后从较高能级跃迁到较低能级D．原子无论是吸收光子还是放出光子，吸收的光子或放出的光子的能量恒等于始、末两个能级的能量差解析：由玻尔理论的跃迁假设知，原子处于激发态不稳定，可自发地向低能级发生跃迁，以光子的形式放出能量，光子的吸收是光子发射的逆过程，原子在吸收光子后，会从较低能级向较高能级跃迁，但不管是吸收光子还是放出光子，光子的能量总等于两能级的能量差，即hν＝Em－En(m>n)，故选项C、D正确。答案：CD要点2能级跃迁玻尔理论对氢光谱的解释[探究导入]

如何解释氢气导电发光现象？它的谱线为什么又是分立的？提示：(1)通常情况下原子处于基态，基态是最稳定的状态。氢气在放电管中受到高速运动的电子的撞击，跃迁到激发态。处于激发态的原子是不稳定的，会自发地向能量较低的能级跃迁，放出光子，最终又回到基态。(2)氢原子从高能级向低能级跃迁时，放出的光子能量等于前后两个能级的能量差。由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的。因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线。由于不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射或吸收的光子也不相同，这就是不同元素的原子具有不同的特征谱线的原因。1．氢原子能级图(如图所示)(1)能级图中n称为量子数，E1代表氢原子的基态能量，即量子数n＝1时对应的能量，其值为－13.6eV。En代表电子在第n个轨道上运动时氢原子的能量。(2)作能级图时，能级横线间的距离和相应的能级差相对应，能级差越大，间隔越宽，所以量子数越大，能级越密，竖直线的箭头表示原子跃迁方向，长度表示辐射光子能量的大小，n＝1是原子的基态，n→∞是原子电离时对应的状态。4．光子的吸收：原子只能吸收一些特定频率的光子，原子吸收光子后会从较低能级向较高能级跃迁，吸收光子的能量仍满足hν＝Em－En(m>n)。[典例3]

如图所示是氢原子的能级图，大量处于n＝4激发态的氢原子向低能级跃迁时，一共可以辐射出6种不同频率的光子，其中巴尔末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子，则(

)A．6种光子中能量最小的是n＝4激发态跃迁到基态时产生的B．6种光子中有2种属于巴尔末系C．使n＝4能级的氢原子跃迁到n＝10能级需要0.85eV的能量D．6种光子中频率最高的是n＝2激发态跃迁到基态时产生的[解析]

n＝4激发态跃迁到基态时产生光子的能量最大，频率最大，故A、D错误；其中巴尔末系是指氢原子由高能级向n＝2能级跃迁时释放的光子，6种光子中从n＝4→n＝2与n＝3→n＝2的属于巴尔末系，即2种，故B正确；n＝4能级的氢原子具有的能量为－0.85eV，n＝10能级的能量为－0.136eV，故要使其跃迁到n＝10能级需要0.714eV的能量，故C错误。[答案]

B2．如图所示为氢原子的能级图。用光子能量为13.06eV的光照射一群处于基态的氢原子，则可能观测到氢原子发射的不同波长的光有(

)A．15种 B．10种C．4种 D．1种答案：B1．(多选)玻尔在他提出的原子模型中所作的假设有(

)A．原子处在具有一定能量的定态中，虽然电子做变速运动，但不向外辐射能量B．原子的不同能量状态与电子沿不同的圆轨道绕核运动相对应，而电子的可能轨道的分布是不连续的C．电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，辐射(或吸收)一定频率的光子D．电子跃迁时辐射的光子的频率等于电子绕核做圆周运动的频率解析：A、B、C三项都是玻尔提出来的假设，其核心是原子定态概念的引入与能级跃迁学说的提出，也就是“量子化”的概念。原子的不同能量状态与电子绕核运动时不同的圆轨道相对应，是经典理论与量子化概念的结合。原子辐射的能量与电子在某一可能轨道上绕核做圆周运动的频率无关。答案：ABC2．氢原子辐射出一个光子后，根据玻尔理论，下列判断正确的是(

)A．电子绕核旋转的轨道半径增大B．电子的动能减少C．氢原子的电势能增大D．氢原子的能级减小解析：氢原子辐射出光子后，由高能级跃迁到低能级，轨道半径减小，电子动能增大，此过程中库仑力做正功，电势能减小。答案：D3．按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一半径为ra的圆轨道自发地直接跃